Underground cities have been proposed to address problems posed by rapid urbanization. While conventional underground structures often do not consider the risk of earthquakes significantly, in enclosed underground cities designed for residence, there is a potential for significant loss of life and property in the event of an earthquake. Therefore, earthquake risk must be considered. In this study, the seismic performance of a large-diameter tunnel-shaped underground structure was evaluated, and seismic performance was enhanced by installing a base isolation system when deemed necessary. Numerical analysis was conducted using the finite element analysis program ABAQUS. Seismic performance was evaluated from both safety and serviceability perspectives. The need for serviceability evaluation arises because high acceleration can induce anxiety among residents and is directly related to the secondary effects of earthquakes. The numerical analysis results showed that the non-base isolation was structurally safe, but the acceleration values exceeded the allowable criteria, indicating the need for improved seismic performance. Therefore, base isolations were installed, and to compare the seismic performance based on the location of these devices, the seismic performance was evaluated into two cases: one where base isolations were installed only on the first floor, similar to above-ground structures, and another where these devices were installed on all floors, leveraging the structural characteristics of the underground structure. Additionally, stoppers were installed to prevent collisions that may occur when the base isolation system exceeds the design displacement, and the impact of these stoppers on the seismic performance of the base isolation system was analyzed.
급격한 도시화로 인해 발생한 문제들을 해결하고자 지하도시가 제안된 바 있다. 일반적인 지중구조물은 지진의 위험성을 크게 고려하지 않지만, 거주를 목적으로 하는 밀폐된 지하도시에서는 큰 인명 피해와 재산 손실이 발생할 수 있으므로 지진 위험성을 반드시 고려해야 한다. 본 연구에서는 대구경 터널 형태를 가진 지중구조물의 내진성능을 평가하고 필요하다고 판단될 시 면진장치를 설치하여 내진성능을 향상시켰다. 수치해석은 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS로 수행되었다. 내진성능은 안전성 측면과 사용성 측면에서 평가되었다. 사용성 측면의 평가가 필요한 이유는 높은 가속도는 거주민들의 불안감을 유발하고 지진의 2차 피해와 직접적으로 연관되기 때문이다. 수치해석 결과 비면진구조물은 구조적으로 안전하였으나 가속도 값이 허용 기준 값을 초과하여 내진성능 향상이 필요하였다. 따라서 면진장치를 설치하였으며 면진장치의 위치에 따른 내진성능을 비교하기 위해 지상 구조물과 동일하게 1층에만 면진장치를 설치한 경우와 지중구조물의 구조적 특징을 활용하여 모든 층에 나눠서 설치한 경우의 내진성능을 평가하였다. 또한 면진장치가 설계변위 이상으로 진동할 때 발생할 수 있는 충돌을 방지하기 위한 스토퍼를 설치하고 면진장치의 내진성능에 미치는 영향을 분석하였다.
